本發(fā)明屬于光刻的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及光刻投影物鏡波像差與最佳焦面的檢測方法。

背景技術(shù)：

集成電路產(chǎn)業(yè)的繁榮與光刻技術(shù)的飛速發(fā)展密切相關(guān)，越來越高的集成度要求制造加工水平的不斷提升。光刻機作為集成電路生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，將掩膜板上的電路結(jié)構(gòu)縮印到硅片面上，其成像質(zhì)量直接決定了單個器件的物理尺寸。因此，在光刻投影鏡頭系統(tǒng)集成后，需要在最佳成像焦面上對其波像差進行檢測，以評價該鏡頭的成像水平。

光刻投影物鏡最佳成像焦面的檢測，一類方法通過對特殊掩膜圖像在不同成像位置曝光，根據(jù)曝光線條清晰度進行判斷，該方法比較復(fù)雜，耗時比較長，實時性較差。專利CN102455247A中所述方法，使用成像器件替代曝光，通過圖像處理，找到成像最清晰的平面，作為最佳焦面，但是不能對波像差進行檢測。專利CN103744269A中所述方法，能夠同時檢測最佳焦面與波像差，但是仍然需要在多個焦面位置迭代。專利CN101799640A提出了一種方法，只需要在各視場點三個不同焦面上測量波像差，就能夠計算出最佳焦面，并在最佳焦面上對波像差進行檢測，兩者不能同時進行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種光刻投影物鏡波像差與最佳焦面的檢測方法，通過測量光刻投影物鏡若干視場點兩個不同焦面位置的波像差，計算出最佳焦面位置及最佳焦面處的波像差。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種光刻投影物鏡波像差與最佳焦面的檢測方法，該方法測量若干視場點兩個不同焦面位置的波像差，利用多項式組合擬合波像差，計算各視場點最佳焦點，從而得到光刻投影物鏡最佳焦面及最佳焦面處的波像差，具體檢測步驟如下：

步驟S1：在光刻投影物鏡的物方視場選取N個視場點；

步驟S2：移動波像差檢測儀，找到視場i的像點；

步驟S3：在焦面F_i位置測量像點波像差W_i，擬合為M項多項式(Z₁,Z₂,…,Z_M)組合，其多項式系數(shù)為(C_1i,C_2i,…,C_Mi)；在焦面F_i′位置測量像點波像差W_i′，擬合為M項多項式(Z₁,Z₂,…,Z_M)組合，其多項式系數(shù)為(C′_1i,C′_2i,…,C′_Mi)。

步驟S4：像方空間引入一定量的焦面變化△F，帶來的出瞳面上的波像差W_defocus可以表示為：

其中，NA和ρ分別為光刻投影物鏡的數(shù)值孔徑與出瞳上的歸一化半徑。

當(dāng)△F＝1時，波像差用M項多項式Z_n表達，有：

則焦面變化引入波像差W_defocus可以表示為：

步驟S3中，兩次測量的焦面與最佳焦面的位置偏移為△F_i與△F_i′，則有：

上面第一式減去第二式得到：

將△F_i′-△F_i＝F_i′-F_i帶入上式，對比各項系數(shù)，得到M個方程：

c_ni·(F_i′-F_i)＝C′_ni-C_ni，n＝1,2,...,M

此時可以解出：

c_ni＝(C′_ni-C_ni)/(F_i′-F_i)，n＝1,2,…,M

定義函數(shù)std(x)為求解x的標(biāo)準(zhǔn)差，建立目標(biāo)函數(shù)Merit：

其中，項為已知焦面位置波像差的M項多項式系數(shù)，項為焦面偏移δ引入的波像差變化。若已知焦面位置與最佳焦面之間的距離為δ₀，則有：

此時的函數(shù)Merit(C′₁,C′₂,C′₃,…,C′_M；δ₀)值既為該視場點最佳焦面處的波像差RMS值。將焦面F_i′處求得的波像差M項多項式系數(shù)帶入目標(biāo)函數(shù)Merit求解，得到δ＝δ_i，則該視場最佳焦點位置BF_i′＝F_i′+δ_i。

步驟S5：將波像差檢測儀移動到下一像點處，重復(fù)步驟S3-S4，直到遍歷所有視場點。最佳焦面BF可以由下式求出：

最佳焦面上各視場點的波像差(W₁,W₂,…,W_M)可以由下式求出：

本發(fā)明的有益效果：只需要在若干視場點兩個不同焦面位置進行測量，就能夠計算出最佳焦面位置及最佳焦面處的波像差，提高了檢測效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明使用的光刻投影物鏡波像差與最佳焦面檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1為光源，2為照明系統(tǒng)，3為掩膜板，4為光刻投影物鏡，5為波像差檢測儀，6為精密三維運動平臺；

圖2為本發(fā)明所述光刻投影物鏡波像差與最佳焦面檢測流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。

如圖1所示光刻投影物鏡波像差與最佳焦面檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括光源1、照明系統(tǒng)2、掩膜板3、光刻投影物鏡4、波像差檢測儀5和精密三維運動平臺6，光源1發(fā)出的照明光束經(jīng)過照明系統(tǒng)2調(diào)制后，照射到掩膜板3上。掩膜板3選擇性透過一系列光線，通過光刻投影物鏡4形成不同視場的像點，被波像差檢測儀5接收到。波像差檢測儀5安裝在精密三維運動平臺6上，可以產(chǎn)生三個正交方向的運動。

如圖2所示本發(fā)明所述光刻投影物鏡波像差與最佳焦面檢測方法流程圖，包括以下步驟：

步驟S1：在光刻投影物鏡的物方視場選取11個視場點；

步驟S2：移動波像差檢測儀，找到視場i的像點；

步驟S3：在焦面F_i位置測量像點波像差W_i，擬合為37項Zernike Fringe多項式(Z₁,Z₂,…,Z₃₇)組合，其多項式系數(shù)為(C_1i,C_2i,…,C_37i)；在焦面F_i′位置測量像點波像差W_i，擬合為M項多項式(Z₁,Z₂,…,Z₃₇)組合，其多項式系數(shù)為(C′_1i,C′_2i,…,C′_37i)。

步驟S4：計算系數(shù)c_ni：

c_ni＝(C′_ni-C_ni)/(F_i′-F_i)，n＝1,2,…,M

定義函數(shù)std(x)為求解x的標(biāo)準(zhǔn)差，建立目標(biāo)函數(shù)Merit：

求解方程：

得到δ＝δ_i，則該視場最佳焦點位置BF_i′＝F_i′+δ_i。

步驟S5：將波像差檢測儀移動到下一像點處，重復(fù)步驟S3-S4，直到遍歷11個視場點。最佳焦面BF可以由下式求出：

最佳焦面上各視場點的波像差(W₁,W₂,…,W_M)可以由下式求出：

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。